一种气态燃料总管结构及燃气涡轮发动机的制作方法

本发明涉及燃气涡轮发动机，具体涉及一种气态燃料总管结构及燃气涡轮发动机。

背景技术：

1、航空航天动力、地面电站、船舶动力等领域的能源大多借助于燃气涡轮动力装置。目前燃气涡轮发动机主要采用液体作为燃料；随着气态燃料(如甲烷、氢气等)的不断发展和研发，逐渐将气态燃料应用到燃气涡轮发动机中作为燃料。

2、与液态燃料相比，气态燃料的密度更小，可压缩性更强，气态燃料在燃气涡轮发动机燃烧室的燃料总管内流动时的流速更快，因此燃料总管上各支管的流量不均匀度会更大，同样的流量不均匀度下，气态燃料会产生更高的不均匀热载荷，更容易产生局部高温热点、更容易产生热力型氮氧化物(nox)排放。目前为了降低燃料总管上各支管的气态燃料流量的不均匀度，一般通过增大总管管径的方法降低总管内气态燃料的流速，从而降低总管流量不均匀度。但上述的方式的效果有限，且大管径的燃料总管不适合用于航空燃气涡轮发动机，只适合地面燃机使用。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的燃料总管结构无法在降低燃料总管上各支管的气态燃料流量的不均匀度的基础上满足航空燃气涡轮发动机使用要求的缺陷，从而提供一种气态燃料总管结构及燃气涡轮发动机。

2、根据本发明第一方面提供的一种气态燃料总管结构，应用于航空燃气涡轮发动机，所述气态燃料总管结构包括：

3、输气主管体，包括圆弧管，所述圆弧管的一端连通有第一输气管，所述第一输气管呈螺旋状布置，所述第一输气管背离所述圆弧管的一端封堵设置，所述圆弧管的另一端连通有第二输气管，所述第二输气管沿轴向背离所述第一输气管呈螺旋状布置，所述第二输气管背离所述圆弧管的一端封堵设置；

4、所述第一输气管的内侧上沿所述第一输气管的布置方向间隔连通设置有多个第一支管，所述第一支管沿所述圆弧管的径向布置；

5、所述第二输气管的内侧上沿所述第二输气管的布置方向间隔连通设置有多个第二支管，所述第二支管沿所述圆弧管的径向布置；所述第二支管沿轴向的投影与对应位置的所述第一支管相重叠；

6、进气管，连通设置于所述圆弧管的外侧，且沿所述圆弧管的径向布置。

7、根据本发明的一种气态燃料总管结构，至少具有如下技术效果：

8、通过在圆弧管的两端分别连通有第一输气管和第二输气管，第一输气管和第二输气管沿轴向相互背离呈螺旋状布置，使得输气主管体整体沿轴向呈螺旋状布置；在第一输气管的内侧上沿周向间隔布置有多个第一支管，第二输气管的内侧上沿周向间隔布置有多个第二支管，并且靠近圆弧管的第一支管沿轴向的投影与远离圆弧管的第二支管相重叠，以及远离圆弧管的第一支管沿轴向的投影与靠近圆弧管的第二支管相重叠；当气态燃料从进气管进入圆弧管内后，分成两股分别进入第一输气管和第二输气管内，并沿轴向朝相互背离的方向流动；因为沿气态燃料在第一输气管内的流动方向，各个第一支管的流量呈递增趋势，即离进气管最近的第一支管的流量最小，离进气管最远的第一支管的流量最大；同样的，离进气管最近的第二支管的流量最小，离进气管最远的第二支管的流量最大；又因为靠近圆弧管的第一支管沿轴向的投影与远离圆弧管的第二支管相重叠，以及远离圆弧管的第一支管沿轴向的投影与靠近圆弧管的第二支管相重叠；所以可在同一角向位置(即沿轴向投影相重叠)的第一支管和第二支管之间实现压力补偿，使得位于沿周向各个角向位置且沿轴向投影相重叠的第一支管和第二支管流量之和基本相同，从而实现在无需增大输气主管体的管径的基础上降低气态燃料流量的不均匀度，满足航空燃气涡轮发动机的使用要求；本气态燃料总管结构具有流量均匀度高，流量不均匀度受航空燃气涡轮发动机状态变化影响小，燃烧污染物排放低等优点，能够显著降低燃烧室出口温度分布不均匀度，改善燃烧室壁温，降低燃烧室的热力型氮氧化物排放，提高装配有本气态燃料总管结构的航空燃气涡轮发动机的寿命。

9、优选地，所述第一输气管的长度与所述第二输气管的长度相同，所述第一输气管背离所述圆弧管的端面沿轴向的投影与所述第二输气管背离所述圆弧管的端面相重叠。

10、优选地，所述进气管设置于所述圆弧管的中部。

11、优选地，沿轴向投影相重叠的所述第一支管与所述第二支管的出气端之间设置有第一燃料喷嘴。

12、优选地，所述第一输气管沿所述第一输气管的长度方向的两端的内侧上分别连通设置有一个第一偏移支管，其中一个所述第一偏移支管位于最靠近所述圆弧管的所述第一支管朝向所述圆弧管的一侧，另一个所述第一偏移支管位于最远离所述圆弧管的所述第一支管背离所述圆弧管的一侧；所述第一偏移支管倾斜设置，所述第一偏移支管的布置方向与所述圆弧管的径向形成的夹角为锐角。

13、优选地，所述第二输气管沿所述第二输气管的长度方向的两端的内侧上分别连通设置有一个第二偏移支管，其中一个所述第二偏移支管位于最靠近所述圆弧管的所述第二支管朝向所述圆弧管的一侧，另一个所述第二偏移支管位于最远离所述圆弧管的所述第二支管背离所述圆弧管的一侧；所述第二偏移支管倾斜设置，所述第二偏移支管的布置方向与所述圆弧管的径向形成的夹角为锐角。

14、优选地，所述第一偏移支管沿轴向的投影与对应位置的所述第二偏移支管相重叠。

15、优选地，沿轴向投影相重叠的所述第一偏移支管与所述第二偏移支管的出气端之间设置有第二燃料喷嘴。

16、优选地，所述第一输气管、所述圆弧管和所述第二输气管一体成型；

17、和/或，所述第一输气管背离所述圆弧管的端面设置有第一封堵板；

18、和/或，所述第二输气管背离所述圆弧管的端面设置有第二封堵板。

19、根据本发明第二方面提供的一种燃气涡轮发动机，包括燃烧室机匣以及燃料总管结构，所述燃料总管结构连通设置于所述燃烧室机匣的外侧，所述燃料总管结构采用上述第一方面提供的气态燃料总管结构。

20、根据本发明的一种燃气涡轮发动机，至少具有如下技术效果：

21、燃料总管结构通过在圆弧管的两端分别连通有第一输气管和第二输气管，第一输气管和第二输气管沿轴向相互背离呈螺旋状布置，使得输气主管体整体沿轴向呈螺旋状布置；在第一输气管的内侧上沿周向间隔布置有多个第一支管，第二输气管的内侧上沿周向间隔布置有多个第二支管，并且靠近圆弧管的第一支管沿轴向的投影与远离圆弧管的第二支管相重叠，以及远离圆弧管的第一支管沿轴向的投影与靠近圆弧管的第二支管相重叠；当气态燃料从进气管进入圆弧管内后，分成两股分别进入第一输气管和第二输气管内，并沿轴向朝相互背离的方向流动；因为沿气态燃料在第一输气管内的流动方向，各个第一支管的流量呈递增趋势，即离进气管最近的第一支管的流量最小，离进气管最远的第一支管的流量最大；同样的，离进气管最近的第二支管的流量最小，离进气管最远的第二支管的流量最大；又因为靠近圆弧管的第一支管沿轴向的投影与远离圆弧管的第二支管相重叠，以及远离圆弧管的第一支管沿轴向的投影与靠近圆弧管的第二支管相重叠；所以可在同一角向位置(即沿轴向投影相重叠)的第一支管和第二支管之间实现压力补偿，使得位于沿周向各个角向位置且沿轴向投影相重叠的第一支管和第二支管流量之和基本相同，从而实现在无需增大输气主管体的管径的基础上降低气态燃料流量的不均匀度，满足本燃气涡轮发动机的使用要求；本燃气涡轮发动机的燃料总管结构具有流量均匀度高，流量不均匀度受航空燃气涡轮发动机状态变化影响小，燃烧污染物排放低等优点，能够显著降低燃烧室出口温度分布不均匀度，改善燃烧室壁温，降低燃烧室的热力型氮氧化物排放，提高本燃气涡轮发动机的寿命。

22、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。